(57)【要約】【課題】出力電圧が０［Ｖ］に低下した後においても、２次側過電流保護動作を継続することができるスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】本発明に係るスイッチング電源装置１は、２次巻線Ｔ2に誘起された交流電圧から、所定の負電圧ＶNを生成する負電圧生成回路３と、出力電流ＩOUTに応じた電圧降下を生じさせる検出抵抗Ｒ3を有し、この電圧降下によって出力電流ＩOUTの過電流状態を検出する過電流検出回路５とを備え、フォトカプラのフォトダイオードＰＣ1のカソードから負電圧ラインＬＮに電流を流してフォトダイオードＰＣ1を強制的に発光させ、出力電圧ＶOUTを低下させることによって出力電流ＩOUTを制限する。【選択図】図１
2010124648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次巻線および２次巻線を有するトランスと、前記１次巻線に直列接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子のスイッチングを制御するスイッチング制御回路と、前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記２次巻線に誘起された交流電圧から２次側の出力電圧を出力するための正の直流電圧を生成する正電圧生成回路と、前記出力電圧と基準電圧との電圧差に応じた信号を出力する出力電圧検出回路とを備え、前記出力電圧検出回路からの信号をフォトカプラを介して前記スイッチング制御回路にフィードバックし、前記出力電圧を定電圧制御するようにしたスイッチング電源装置であって、
前記２次巻線に誘起された交流電圧から、所定の負の直流電圧を生成する負電圧生成回路と、
前記出力電流に応じた電圧降下を生じさせる検出抵抗を有し、該電圧降下によって前記出力電流の過電流状態を検出する過電流検出回路と
をさらに備え、
前記過電流検出回路によって前記出力電流の過電流状態が検出されると、前記フォトカプラのフォトダイオードから前記負電圧生成回路に電流を流して前記フォトダイオードを強制的に発光させることにより、前記スイッチング制御回路がスイッチング動作を制御して前記出力電流を抑制することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記正電圧生成回路は、前記２次巻線の巻き終わり端にアノードが接続された第１整流ダイオードと、前記第１整流ダイオードのカソードと前記２次巻線の巻き始め端との間に接続された第１平滑コンデンサとを有し、
前記負電圧生成回路は、前記２次巻線の巻き終わり端にカソードが接続された第２整流ダイオードと、前記第２整流ダイオードのアノードと前記２次巻線の巻き始め端との間に接続された第２平滑コンデンサとを有することを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記フォトダイオードのアノードが前記出力電圧が出力される一対のラインのうちの高電位側ラインに接続されており、
前記過電流検出回路は、前記出力電流の過電流状態を検出するとオン状態となる発光制御トランジスタを有し、
前記発光制御トランジスタは、エミッタが前記第２整流ダイオードのアノードに接続され、コレクタが前記フォトダイオードのカソードに接続されていることを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源装置に関し、特に過電流保護回路を備えたスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
過電流保護回路を備えたスイッチング電源装置は、例えば、特許文献１に記載のものが知られている（図３参照）。このスイッチング電源装置１ａは自励フライバック方式（ＲＣＣ方式）を採用したもので、トランスＴの１次巻線Ｔ1に直列接続されたスイッチング素子であるスイッチングトランジスタＱ1のベースに、トランスＴのベース巻線Ｔ3の誘起電圧をスイッチング制御回路２を介して帰還することにより、スイッチングトランジスタＱ1をスイッチングさせている。そして、スイッチングトランジスタＱ1のオフ時（非導通時）にトランスＴの蓄積エネルギーが２次巻線Ｔ2から取り出され、最終的に、不図示の負荷回路に供給すべき直流の出力電圧ＶOUTが得られるようになっている。
【０００３】
スイッチング電源装置１ａの２次側には、出力電流ＩOUTが所定値（＝ＩTH［Ａ］）を超えている（以下、この状態を“過電流状態”という）ことを検出した際に、安全のために、出力電圧ＶOUTを低下させて出力電流ＩOUTを制限するための過電流検出回路５ａが備えられている。
【０００４】
具体的には、過電流検出回路５ａは、出力電流ＩOUTが流れることによって該出力電流ＩOUTに応じた電圧降下を生じさせる検出抵抗Ｒ3と、該電圧降下が“Ｒ3の抵抗値［Ω］×ＩTH［Ａ］”以上となった場合にオン状態（導通状態）となる過電流検出トランジスタＱ3および発光制御トランジスタＱ4とを有する。そして、これらのトランジスタが順次オン状態となると、発光制御トランジスタＱ4を介してフォトダイオードＰＣ1のカソードから出力電圧ＶOUTの低電位ラインＬＬ、すなわち２次巻線Ｔ2の巻き始め端（●側）に電流が流れ、フォトダイオードＰＣ1は強制的に発光する。
【０００５】
フォトトランジスタＰＣ２は、スイッチング制御回路２の制御トランジスタＱ２のベースに接続されており、フォトダイオードＰＣ1が発光すると、フォトトランジスタＰＣ２がオン状態となるため、制御トランジスタＱ２にベース電流が供給される。これにより、制御トランジスタＱ２もオン状態となり、スイッチングトランジスタＱ1のベース電流がグランドラインにバイパスされる。その結果、オン期間が短縮される方向にスイッチングトランジスタＱ1が駆動され、出力電圧ＶOUTが低下して出力電流ＩOUTが制限される。
なお、以下の説明では、このような過電流検出回路による出力電流ＩOUTの制限動作を“２次側過電流保護動作”という。
【特許文献１】特開平５−１５３７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記スイッチング電源装置１ａでは、フォトダイオードＰＣ1を発光させるため、出力電圧ＶOUTから電源電圧を供給している。このため、図４に示すように、過電流状態となって出力電圧ＶOUTが所定のＶ1［Ｖ］から０［Ｖ］付近のＶ2［Ｖ］まで低下すると、発光制御トランジスタＱ4が飽和するので、フォトダイオードＰＣ1を発光させ続けることができなかった。つまり、従来のスイッチング電源装置１ａでは、出力電圧ＶOUTがＶ2［Ｖ］以下になると２次側過電流保護動作を維持させることができず、途中から１次側過電流保護動作に切り換わっていた。その結果、所定値ＩTH［Ａ］を超える出力電流ＩOUTが流れ、スイッチング電源装置１ａ自身や、該装置によって電力供給される不図示の負荷回路が破壊されるおそれがあった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、出力電圧が０［Ｖ］にまで低下しても、２次側過電流保護動作を継続することができるスイッチング電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係るスイッチング電源装置は、１次巻線および２次巻線を有するトランスと、前記１次巻線に直列接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子のスイッチングを制御するスイッチング制御回路と、前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記２次巻線に誘起された交流電圧から２次側の出力電圧を出力するための正の直流電圧を生成する正電圧生成回路と、前記出力電圧と基準電圧との電圧差に応じた信号を出力する出力電圧検出回路とを備え、前記出力電圧検出回路からの信号をフォトカプラを介して前記スイッチング制御回路にフィードバックし、前記出力電圧を定電圧制御するようにしたスイッチング電源装置であって、前記２次巻線に誘起された交流電圧から、所定の負の直流電圧を生成する負電圧生成回路と、前記出力電流に応じた電圧降下を生じさせる検出抵抗を有し、該電圧降下によって前記出力電流の過電流状態を検出する過電流検出回路とをさらに備え、前記過電流検出回路によって前記出力電流の過電流状態が検出されると、前記フォトカプラのフォトダイオードから前記負電圧生成回路に電流を流して前記フォトダイオードを強制的に発光させることにより、前記スイッチング制御回路がスイッチング動作を制御して前記出力電流を抑制することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、出力電流が過電流状態となった際に、フォトカプラのフォトダイオードから負電圧生成回路に電流が流れる。ここで、負電圧生成回路は、出力電圧に関わらず、２次巻線に誘起された交流電圧から所定の負の直流電圧を生成するように構成されている。したがって、出力電圧が０［Ｖ］に低下しても、フォトダイオードの発光を維持するための電圧として負電圧分が確保されているので、２次側過電流保護動作をそのまま継続することができる。
【００１０】
上記スイッチング電源装置を比較的簡単な構成で実現するために、前記正電圧生成回路は、前記２次巻線の巻き終わり端にアノードが接続された第１整流ダイオードと、前記第１整流ダイオードのカソードと前記２次巻線の巻き始め端との間に接続された第１平滑コンデンサとを有し、前記負電圧生成回路は、前記２次巻線の巻き終わり端にカソードが接続された第２整流ダイオードと、前記第２整流ダイオードのアノードと前記２次巻線の巻き始め端との間に接続された第２平滑コンデンサとを有することが好ましい。
【００１１】
また、前記フォトダイオードのアノードが前記出力電圧が出力される一対のラインのうちの高電位側ラインに接続されており、前記過電流検出回路は、前記出力電流の過電流状態が検出するとオン状態となる発光制御トランジスタを有し、前記発光制御トランジスタは、エミッタが前記第２整流ダイオードのアノードに接続され、コレクタが前記フォトダイオードのカソードに接続されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、出力電圧が０［Ｖ］にまで低下しても、２次側過電流保護動作を継続することができるスイッチング電源装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るスイッチング電源装置の好ましい実施形態について説明する。
【００１４】
図１に示すように、本発明に係るスイッチング電源装置１は自励フライバック方式（ＲＣＣ方式）を採用したもので、トランスＴの１次巻線Ｔ1に直列接続されたスイッチング素子であるスイッチングトランジスタＱ1のベースに、トランスＴのベース巻線Ｔ3の誘起電圧をスイッチング制御回路２を介して帰還することにより、スイッチングトランジスタＱ1をスイッチングさせている。そして、スイッチングトランジスタＱ1のオフ時にトランスＴの蓄積エネルギーが２次巻線Ｔ2から取り出され、最終的に、不図示の負荷回路に供給すべき直流の出力電圧ＶOUTが得られるようになっている。
【００１５】
１次側に備えられたスイッチング制御回路２は、ベース巻線Ｔ3の巻き始め端（●側）とスイッチングトランジスタＱ1のベースとの間に直列に挿入されたコンデンサＣ3および抵抗Ｒ2と、スイッチングトランジスタＱ1のベース−エミッタ間をバイパスするように接続された制御トランジスタＱ2とを備え、スイッチングトランジスタＱ1のスイッチングを制御する。また、入力電圧ＶINは、例えば商用交流電圧を整流および平滑して得た直流電圧であり、抵抗Ｒ1は起動抵抗である。
【００１６】
スイッチング電源装置１の２次側には、２次巻線Ｔ2の誘起電圧から正の直流電圧（以下、単に“正電圧”という）を生成する正電圧生成回路３、出力電圧ＶOUTを検出し、その大きさを判定するための出力電圧検出回路４、出力電流ＩOUTが所定値を超えていることを検出するための過電流検出回路５、および２次巻線Ｔ2の誘起電圧から負の直流電圧（以下、単に“負電圧”という）を生成する負電圧生成回路６が備えられている。
【００１７】
このうち、正電圧生成回路３は、２次巻線Ｔ2の巻き終わり端（●が付されていない側）にアノードが接続された第１整流ダイオードＤ1と、該ダイオードのカソードと２次巻線Ｔ2の巻き始め端（●側）との間に接続された第１平滑コンデンサＣ1とを有し、２次巻線Ｔ2に誘起される交流電圧を整流および平滑して正電圧を生成する。この正電圧は、後に高電位ラインＬＨから出力電圧ＶOUTとして出力される。
【００１８】
負電圧生成回路６は、２次巻線Ｔ2の巻き終わり端にカソードが接続された第２整流ダイオードＤ2と、該ダイオードのアノードと２次巻線Ｔ2の巻き始め端との間に接続された第２平滑コンデンサＣ2とを有し、２次巻線Ｔ2に誘起される交流電圧を整流および平滑して負電圧ＶNを生成する。
【００１９】
図１に示すように、負電圧生成回路６は出力電流ＩOUTの影響を受けないように構成されているので、過電流状態となっても、負電圧生成回路６で生成される負電圧ＶNは、出力電圧ＶOUTの低下と無関係に一定の電圧に保たれる。しかしながら、出力電圧ＶOUTは、出力電流ＩOUTが増加すると、後述する検出抵抗Ｒ3による電圧降下分だけ低下する。
【００２０】
出力電圧検出回路４は、シャントレギュレータＤ3と、出力電圧ＶOUTを分圧してシャントレギュレータＤ3のリファレンス端子に供給する分圧抵抗Ｒ8およびＲ9とを有する。そして、このシャントレギュレータＤ3によって出力電圧ＶOUTと基準電圧との電圧差を求め、該電圧差に応じてフォトカプラのフォトダイオードＰＣ1を発光させる。すなわち、シャントレギュレータＤ3からフォトダイオードＰＣ1に電圧差に応じた信号が送られ、フォトダイオードＰＣ1は受け取った信号に応じた光量で発光する。
【００２１】
例えば、出力電圧ＶOUTが上昇して、分圧抵抗Ｒ8とＲ9による分圧が基準電圧を超えると、シャントレギュレータＤ3の出力電流が増加し、フォトダイオードＰＣ1の発光量が増加する。これにより、出力電圧ＶOUTが上昇した旨がフォトカプラを介して１次側にフィードバックされ、制御トランジスタＱ2のベース電流およびコレクタ電流が増加する。その結果、スイッチングトランジスタＱ1はベース電流が減少してオン期間が短縮される方向に駆動され、出力電圧ＶOUTは所定の電圧に向かって低下し、出力電流ＩOUTが制限される。
【００２２】
過電流検出回路５は、出力電流ＩOUTが流れるラインに直列に挿入され、該出力電流ＩOUTに応じた電圧降下を生じさせる検出抵抗Ｒ3と、その両端に抵抗Ｒ4を介してベースおよびエミッタが接続された過電流検出トランジスタＱ3と、該トランジスタのコレクタと負電圧生成回路６（より具体的には、負電圧ラインＬＮ）との間に接続された抵抗Ｒ5およびＲ6と、これら２つの抵抗の中点（接続点）にベースが接続されるとともにエミッタが負電圧ラインＬＮに接続された発光制御トランジスタＱ4とを備える。また、発光制御トランジスタＱ4のコレクタは、フォトダイオードＰＣ1のカソードに接続されている。なお、「負電圧ラインＬＮ」とは、負電圧生成回路６で生成された負電圧ＶNが出力されているラインを意味し、具体的には、第２整流ダイオードＤ2のアノード電位と電位が等しいラインを意味する。
【００２３】
なお、シャントレギュレータＤ3のカソードに直列接続されたダイオードＤ４は、発光制御トランジスタＱ4がオン状態となり、フォトダイオードＰＣ1が負電圧ラインＬＮに導通接続された際に、シャントレギュレータＤ3に逆電圧が印加され破損するのを防止するための逆電圧防止用ダイオードである。
【００２４】
検出抵抗Ｒ3には出力電流ＩOUTが流れるので、検出抵抗Ｒ3では“Ｒ3の抵抗値［Ω］×ＩOUT［Ａ］”の電圧降下が発生する。出力電流ＩOUTが少ない通常状態では、この電圧降下は小さいので、過電流検出トランジスタＱ3はオン状態とはならない。
【００２５】
一方、出力電流ＩOUTが増加して過電流状態になると、検出抵抗Ｒ3の電圧降下が、過電流検出トランジスタＱ3がオン状態となるのに必要なベース−エミッタ間電圧（例えば、約０．６５［Ｖ］）に等しくなり、過電流検出トランジスタＱ3がオン状態となる。そして、これに応じて発光制御トランジスタＱ4もオン状態となり、該トランジスタを介してフォトダイオードＰＣ1のカソードが負電圧ラインＬＮに導通接続され、出力電圧ＶOUTの高電位ラインＬＨから負電圧ラインＬＮに向かって、フォトダイオードＰＣ1を発光させる電流が流れる。つまり、出力電流ＩOUTが所定値ＩTHを越えると、フォトダイオードＰＣ1は、出力電圧ＶOUTの多寡によらず強制的に発光させられる。
【００２６】
これにより、過電流状態になった旨が１次側にフィードバックされ、フォトトランジスタＰＣ2のコレクタ電流が増加し、制御トランジスタＱ2のベース電流およびコレクタ電流が増加する。その結果、スイッチングトランジスタＱ1はベース電流が減少してオン期間が短縮される方向に駆動され、出力電圧ＶOUTが０［Ｖ］になっても出力電流ＩOUTが制限される。
【００２７】
過電流状態となった際の出力電圧ＶOUTの動きを分かり易く示したのが図２のグラフである。出力電流ＩOUTが所定値ＩTHにまで増加して過電流検出回路５が過電流状態を検出すると、２次側過電流保護動作により出力電圧ＶOUTが所定のＶ1［Ｖ］から０［Ｖ］に低下する。また、フォトダイオードＰＣ1の発光を制御する発光制御トランジスタＱ4はエミッタが負電圧ラインＬＮに接続され、負電圧ラインＬＮは出力電圧ＶOUTの低下と無関係にＶ3［Ｖ］の電位を有している。したがって、出力電圧ＶOUTが０［Ｖ］になっても、フォトダイオードＰＣ1からの電流を流し続けることができる。つまり、負電圧ラインＬＮによる負電圧分を利用して２次側過電流保護動作を維持することができるので、１次側過電流保護動作に切り換わることがない。
【００２８】
結局、本発明に係るスイッチング電源装置によれば、過電流検出回路５等による２次側過電流保護動作によって出力電圧ＶOUTが０［Ｖ］になっても２次側過電流保護動作を継続することができ、所定値ＩTHを超える出力電流ＩOUTが流れるのを防止することができる。そして、これにより、スイッチング電源装置１自身や、該装置によって電力供給される不図示の負荷回路が破壊されるのを防止することができる。
【００２９】
なお、本発明に係るスイッチング電源装置が、上記作用効果を発揮するためには、図２に示すように、負電圧ＶNの電圧Ｖ3［Ｖ］の絶対値が図４の電圧Ｖ2［Ｖ］よりも大きくなるよう設定しておく必要がある。すなわち、Ｖ3［Ｖ］からＶ2［Ｖ］だけ上昇したＶ4［Ｖ］が０［Ｖ］未満となるように、電圧Ｖ3［Ｖ］を設定しておく必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【図２】本発明に係るスイッチング電源装置における出力電流と出力電圧の関係を示すグラフである。
【図３】従来のスイッチング電源装置の回路図である。
【図４】従来のスイッチング電源装置における出力電流と出力電圧の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１    スイッチング電源装置
２    スイッチング制御回路
３    正電圧生成回路
４    出力電圧検出回路
５    過電流検出回路
６    負電圧生成回路
ＩOUT    出力電流
ＶIN    入力電圧
ＶOUT    出力電圧
ＶN    負電圧
【図１】
2010124648.tif 000003
【図２】
2010124648.tif 000004
【図３】
2010124648.tif 000005
【図４】
2010124648.tif 000006